DE19925203B4 - Process for welding plastics, and use of the plastic - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Verschweißen mindestens zweier Kunststoffe, bei dem die für das Schweißen erforderliche Prozessenergie Laserlichtenergie ist, dadurch gekennzeichnet, dass dem Fügebereich Hilfsenergie zugeführt wird, dass durch die Hilfsenergie im Fügebereich vorhandene Partikel mindestens eines Stoffes Aj reversibel in einen oder mehrere Stoffe Bi umgewandelt werden, wobei der oder die Stoffe Bi in ihrer Gesamtheit die Laserstrahlung stärker absorbieren als der Stoff A.Method for welding at least two plastics, in which the process energy required for welding is laser light energy, characterized in that auxiliary energy is supplied to the joining area, that particles present in the joining area in the joining area reversibly convert at least one substance A j into one or more substances B i the substance or substances B i in their entirety absorb the laser radiation more than substance A.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschweißen von Kunststoffen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, und die Verwendung eines Kunststoffes nach Anspruch 9. Die Erfindung kann immer dann mit Vorteil angewandt werden, wenn Kunststoffe verschweißt werden müssen, die für sichtbares Licht weitgehend transparent sind, und die infrarotes Licht nicht oder nur schwach absorbieren. Bei diesen Kunststoffen wird allgemein angestrebt, die durch den Schweißvorgang hervorgerufene Farbveränderung zu vermeiden. Derartige Anforderungen bestehen in der Verpackungs-, Mode-, Automobil- und Elektroindustrie sowie in der Modebranche. Beispielsweise können modische Brillen, Brillenlinsen, oder auch Kontaktlinsen mit Filtereigenschaften für die Infrarotstrahlung verschweißt werden. Im Bereich der Elektroindustrie kann die Erfindung bei reversiblen optischen Aufnahmemedien wie zum Beispiel Rewritable CD's angewandt werden. Auch Visiere und optische Geräte zählen zu den Einsatzgebieten. Auch bei Fenstern für zum Beispiel Automobile und Häuser kann die Erfindung eingesetzt werden.The invention relates to a method for welding of plastics according to the preamble of claim 1, and the use of a plastic according to claim 9. The invention can then always be used with advantage when welding plastics have to, the for visible light are largely transparent, and the infrared light do not absorb or absorb only weakly. With these plastics generally aimed for, the color change caused by the welding process to avoid. Such requirements exist in packaging, Fashion, automotive and electronics industries as well as in the fashion industry. For example fashionable glasses, glasses lenses, or even contact lenses with filter properties for the Infrared radiation welded become. In the electrical industry, the invention can be reversible optical recording media such as rewritable CDs can be used. Also visors and optical devices counting to the areas of application. Can also be used for windows for cars and houses the invention can be used.

Das Verschweißen von Kunststoffen durch Hochenergiestrahlung, und insbesondere durch Laserstrahlung, ist bekannt. Zumindest einer der beiden Fügepartner muss für die Hochenergiestrahlung durchlässig sein, damit die für den Schweißvorgang erforderliche Prozessenergie in den Fügebereich eingekoppelt werden kann. Allen Kunststoffschweißverfahren ist gemeinsam, dass die für das Fügen notwendige Prozessenergie nur in einen kleinen Raumbereich innerhalb der Fügezone eingebracht wird. Die Prozessenergie führt zu einer Aufschmelzung beider Schweißpartner an ihrer Oberfläche. Wenn die beiden Schweißpartner aus mischbaren Materialien bestehen, so zum Beispiel PMMA und ABS, kommt es durch die thermische Ausdehnung der Schmelze zu einer stoffschlüssigen Verbindung mit hoher, kaum sichtbarer Schweißnahtqualität. Aus diesem Grund ist das Verschweißen von Kunststoffen mit Laserstrahlung besonders dann vorteilhaft, wenn an das Schweißergebnis hohe optische Anforderungen gestellt werden. Dies ist besonders dann der Fall, wenn die Kunststoffe für Strahlung aus dem sichtbaren Teil des Wellenlängenspektrums nicht opak bzw. transparent sind. Beispiele hierfür sind zum einen farbige, für sichtbares Licht transparente Kunststoffe wie zum Beispiel Rückleuchten von Kraftfahrzeugen. Ein weiteres Beispiel sind farblose transparente Kunststoffe wie zum Beispiel Brillengläser aus Kunststoff oder auch Plexiglas.The welding of plastics by high energy radiation, and especially by laser radiation, is known. At least one of the two joining partners must for the high-energy radiation permeable be so for the welding process required Process energy in the joining area can be coupled. All plastic welding processes have in common that the for the joining necessary process energy only in a small area within the joining zone is introduced. The process energy leads to a melting of both welding partner on their surface. If the two welding partners consist of miscible materials, such as PMMA and ABS, the thermal expansion of the melt leads to a material connection with high, barely visible weld quality. For this reason it is weld together of plastics with laser radiation particularly advantageous, if the welding result high optical requirements are made. This is special then the case when the plastics for radiation from the visible Part of the wavelength spectrum are not opaque or transparent. Examples of this are the a colored, for visible Light-transparent plastics such as rear lights of motor vehicles. Another example is colorless transparent Plastics such as plastic eyeglass lenses or Plexiglas.

Die Absorption der Schweißstrahlung im Fügebereich kann auf zwei Arten erfolgen. Eine Möglichkeit besteht darin, dass der zweite Schweißpartner von sich aus die Laserstrahlung stark absorbiert, so dass es im Fügebereich durch Wärmeleitung zum Aufschmelzen beider Fügepartner kommt. Dieses Vorgehen wird häufig beim Überlappschweißen gewählt.The absorption of sweat radiation in the joining area can be done in two ways. One possibility is that the second welding partner inherently strongly absorbs the laser radiation, so that it is in the joining area through heat conduction for melting both joining partners comes. This procedure becomes common selected for lap welding.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass farbige Pigmente oder Ruß in einen Fügepartner eingemischt werden, welche selektiv die Laserstrahlung absorbieren. Derartiges wird in der DE 44 32 081 A1 beschrieben. Dieses Vorgehen führt jedoch nachteiligerweise dazu, dass dieser Fügepartner farblich verändert wird. Im sichtbaren Licht farblos erscheinende Kunststoffe wie zum Beispiel Acrylglas (auch Plexiglas genannt) erhalten eine Farbe, was je nach Anwendungsfall unerwünscht ist. Transparente und farbige Kunststoffe, und dabei insbesondere schwach farbige Kunststoffe, verändern durch diese Pigmente ihre Farbe oder erhalten eine optisch wenig ansprechende Mischfarbe. Die gleichen Probleme treten auf, wenn die Pigmente zwischen die beiden Fügepartner eingebracht werden, zum Beispiel als Draht, Folie oder als absorbierende Schicht.Another possibility is that colored pigments or carbon black are mixed into a joining partner, which selectively absorb the laser radiation. Such is in the DE 44 32 081 A1 described. However, this procedure disadvantageously leads to the color of this joining partner being changed. Plastic that appears colorless in visible light, such as acrylic glass (also called plexiglass), is given a color, which is undesirable depending on the application. Transparent and colored plastics, and in particular weakly colored plastics, change their color as a result of these pigments or acquire a visually unappealing mixed color. The same problems arise when the pigments are introduced between the two joining partners, for example as a wire, foil or as an absorbent layer.

Die DE-OS 14 79 686 beschreibt ferner ein Kunststoffschweißverfahren, bei dem u.a. über ein Plasmaätzverfahren eine Absorptionserhöhung im Fügebereich realisiert wird um Polymer-zu-Polymerverbindungen zwischen den Fügepartnern bereitzustellen.The DE-OS 14 79 686 also describes a plastic welding process in which, among other things, an absorption increase in the joining area is realized by means of a plasma etching process in order to provide polymer-to-polymer connections between the joining partners.

In dem Fachartikel (Opto & Laser Europe, Heft 62, S. 16, Mai 1999) wird berichtet, die oben genannten Probleme durch Einbetten von im infraroten (IR-) Spektralbereich wirksamen Farbpartikeln in den Kunststoff zu lösen. Die IR-Farbpartikel führen jedoch auch hier zu unerwünschten farblichen Veränderungen des Kunststoffs.In the technical article (Opto & Laser Europe, issue 62, p. 16, May 1999) is reported to address the above problems by embedding effective ones in the infrared (IR) spectral range Solve paint particles in the plastic. The IR color particles lead however here too undesirable color changes of the plastic.

Die DE 38 10 722 A1 offenbart ferner die Verwendung von photochromen Polymeren als Speichermedium für Vorrichtungen zur reversiblen optischen Informationsspeicherung.The DE 38 10 722 A1 further discloses the use of photochromic polymers as a storage medium for devices for reversible optical information storage.

Die nach dem Stand der Technik bekannten Möglichkeiten, die Absorption der Schweißstrahlung im Fügebereich sicher zu stellen, weisen die Gemeinsamkeit auf, dass die Absorption durch Chromophore erfolgt, also durch Atom-Gruppierungen, die einer Verbindung durch selektive Lichtabsorption Farbigkeit verleihen. Solche chromophoren Gruppen sind entweder bereits im Kunststoff vorhanden (z.B. C=C), oder werden einem der Fügepartner nachträglich zugeführt (zum Beispiel die, Kohlenstoffatome im Ruß mit stark delokalisierten π-Elektronen). Die ausschließliche Nutzung dieser Chromophore macht es nach dem Stand der Technik unmöglich, nichtopake bzw. opake Kunststoffe ohne Farbveränderungen zu verschweißen.The possibilities known from the prior art, the absorption of welding radiation in the joining area make sure they have in common that absorption by chromophores, that is, by atomic groupings, that of a compound Color by selective light absorption. Such chromophores Groups are either already present in the plastic (e.g. C = C), or become one of the joining partners later supplied (for example, carbon atoms in soot with strongly delocalized π electrons). The exclusive Using these chromophores makes it impossible according to the prior art to use non-opaque or opaque plastics without color changes to weld.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verschweißen von Kunststoffen zur Verfügung zu stellen, welches die Probleme nach dem Stand der Technik vermeidet, und welches auch dann anwendbar ist, wenn die Schweißstrahlung nicht von den Schweißpartnern absorbiert wird.The invention has for its object to provide a method for welding plastics which avoids the problems of the prior art and which can also be used when the welding radiation is not absorbed by the welding partners.

Das Verfahren soll insbesondere auch dann anwendbar sein, wenn beide Schweißpartner farblos transparent oder schwach farbig und transparent sind. Insbesondere sollen die Fügepartner aus dem Schweißprozess ohne Farbveränderungen hervorgehen.In particular, the process should also be applicable when both welding partners are colorlessly transparent or are slightly colored and transparent. In particular, the joining partner from the welding process without color changes emerge.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Kunststoffschweißverfahren zur Verfügung zu stellen, bei dem auf den Einsatz farbiger Pigmente verzichtet werden kann.Another job is a plastic welding process to disposal to provide, in which the use of colored pigments is dispensed with can be.

Weiterhin ist es Aufgabe, die neue Verwendung eines Kunststoffes zu lehren der mindestens einen reversibel umwandelbaren Stoff Aj enthält, was zur im Wellenlängenbereich von 800 – 2000 nm erhöhten Absorptionsfähigkeit des Kunststoffes führt.It is also the task of the new Use a plastic to teach the at least one reversibly contains convertible fabric Aj, what about in the wavelength range from 800 - 2000 nm increased absorbency of the plastic leads.

Bereitgestellt werden soll ferner ein Kunststoff, der Schweißstrahlung im NIR-Wellenlängenbereich besonders stark absorbiert.It should also be provided a plastic, the welding radiation in the NIR wavelength range particularly strongly absorbed.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die in den Ansprüchen 1 und 9 gegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen für die Durchführung des Verfahrens, und die Verwendung des Kunststoffs sind in den Unteransprüchen angegeben.These tasks are accomplished by the invention the in the claims 1 and 9 given features solved. Advantageous configurations for the execution of the method, and the use of the plastic are specified in the subclaims.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass sich die Probleme dadurch lösen lassen, dass dem Fügebereich Hilfsenergie zugeführt wird, dass durch die Hilfsenergie im Fügebereich vorhandene Partikel mindestens eines Stoffes Aj reversibel in einen oder mehrere Stoffe Bi umgewandelt werden, wobei der oder die Stoffe B, in ihrer Gesamtheit die Laserstrahlung stärker absorbieren als der Stoff Aj.According to the invention, it was recognized that the problems can be solved by supplying auxiliary energy to the joining area, that particles of at least one substance A j present in the joining area are reversibly converted into one or more substances B i by the auxiliary energy, the substance or substances B, in their entirety absorb the laser radiation more than the substance A j .

Grundsätzlich ist es möglich, dass mehrere Stoffe Aj im Fügebereich vorhanden sind, wobei jeder Stoff Aj in mindestens einen Stoff Bi umwandelbar ist. Hierbei indizieren i und j den jeweiligen Stoff mit i=1..n und j=1..m, wobei m für die Zahl der vorhandenen Stoffe Aj steht. Der Index n steht für die Zahl der aus einem Stoff Aj hervorgehenden Stoffe B. Ist zum Beispiel genau ein Stoff A, vorhanden der sich in drei Stoffe B1, B2, B, umwandelt, so müssen diese drei Stoffe B1, B2, B3 die Schweißstrahlung insgesamt stärker absorbieren als der Stoff A. Natürlich reicht es im Sinne der vorliegenden Erfindung bereits aus, wenn nur einer dieser Stoffe, zum Beispiel B2, die Schweißstrahlung stärker absorbiert als der Stoff A1. Der Einfachheit halber soll ohne Einschränkung des Erfindungsgedankens nur von einem Stoff A bzw. B gesprochen werden.In principle, it is possible for several substances A j to be present in the joining area, each substance A j being convertible into at least one substance B i . Here i and j indicate the respective substance with i = 1..n and j = 1..m, where m stands for the number of substances A j present. The index n stands for the number of substances B resulting from a substance A j . For example, if there is exactly one substance A, which is converted into three substances B 1 , B 2 , B, these three substances B 1 , B 2 , B 3 absorb the sweat radiation overall more strongly than the substance A. Of course it is sufficient in the sense of the present invention if only one of these substances, for example B 2 , absorbs the sweat radiation more than the substance A 1 . For the sake of simplicity, we shall only speak of one substance A or B without restricting the inventive concept.

Auf diese Weise können zwei opake Kunststoffe miteinander verschweißt werden, bei denen die Schweißstrahlung nicht oder nur vernachlässigbar gering absorbiert wird. Der Stoff A muss dabei in mindestens einen anderen Stoff B mit für die Hochenergiestrahlung größerem Absorptionskoeffizienten umwandelbar sein um seine absorptionserhöhende Funktion zu erfüllen. Die Einkopplung der Prozessenergie erfolgt dann durch die erhöhte Absorption der Schweißstrahlung durch den Stoff B. Die Farbe der Partikel des Stoffs A ist für diesen Fall unerheblich.This way, two opaque plastics welded together be where the welding radiation not or only negligibly small is absorbed. Substance A must be in at least one other Fabric B with for the high energy radiation with a larger absorption coefficient be convertible to perform its absorption increasing function. The The process energy is then coupled in through the increased absorption the welding radiation through substance B. The color of the particles of substance A is for this Case irrelevant.

Auch das Verschweißen zweier oder mehrer Kunststoffe ist möglich, von denen mindestens einer nicht opak ist. Die Einkopplung der Prozessenergie erfolgt dann durch erhöhte Absorption der Schweißstrahlung durch den Stoff B. Ist der nicht opake Kunststoff für sichtbares Licht nur schwach transparent, so kann ein farbiger Stoff A genutzt werden. Ist der nicht opake Kunststoff in hohem Maße transparent, so wird ein nur schwach farbiger oder noch besser ein farbloser Stoff A gewählt um farbliche Veränderungen der Schweißpartner zu vermeiden. Das Einbringen von bei sichtbarem Licht weitgehend oder vollständig farblosen Stoffpartikeln stellt sicher, dass vor dem Schweißen der oder die Kunststoffe farblich unverändert bleiben. Die Reversibilität dieses Umwandlungsprozesses stellt sicher, dass dies auch für die Zeit nach dem Schweißen gilt.Also welding two or more plastics is possible at least one of which is not opaque. The process energy is coupled in then by increased Absorption of welding radiation through fabric B. Is the non-opaque plastic for visible Light is only slightly transparent, so a colored fabric A can be used become. If the non-opaque plastic is highly transparent, this way, a color that is only weakly colored or even better is colorless Fabric A selected about color changes the welding partner to avoid. The introduction of visible light largely or completely colorless fabric particles ensures that before welding the or the plastics remain unchanged in color. The reversibility of this Conversion process ensures that this is also for the time being after welding applies.

Das Einbringen dieses Stoffes A kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Eine Möglichkeit besteht darin, dass das Material eines der beiden Schweißpartner diesen Stoff enthält. Dieser Kunststoff muss dabei den reversibel umwandelbaren Stoff zumindest in der dem Schweißpartner zugewandten Oberflächenschicht und damit in der Fügezone enthalten. Dies kann dadurch geschehen, dass der Stoff bei der Herstellung des Kunststoffs als Füllstoff zugemischt wird. Natürlich ist es auch möglich, dass dabei mehrere dieser Stoffe zugemischt werden. Durch den Mischvorgang wird automatisch eine gleichmäßige Verteilung des Stoffes im Kunststoff sichergestellt. Eine einwandfreie Schweißung mit reproduzierbarer Qualität wird dann durch geeignet gewählte Paramter der Schweißstrahlung sichergestellt.The introduction of this substance A can done in different ways. One possibility is that the material of one of the two welding partners contains this substance. This Plastic must at least be the reversibly convertible substance in the the welding partner facing surface layer and thus in the joining zone contain. This can be done by making the fabric during manufacture of the plastic as a filler is admixed. Naturally is it also possible that several of these substances are mixed in. Through the mixing process automatically becomes an even distribution of the substance in the plastic. A flawless weld with reproducible quality is then chosen by suitably Parameters of welding radiation ensured.

Im Hinblick auf die verwendeten Wellenlängen der Schweißstrahlung von λ=800-2000 nm ist es besonders zweckmäßig, wenn ein Kunststoff mit mindestens einem Stoff A zur Verfügung gestellt wird, bei dem der Stoff A durch Zuführung von Energie reversibel in mindestens einen Stoff B umwandelbar ist, und bei dem der Stoff B Strahlung im Wellenlängenbereich von λ=800-2000 nm stärker absorbiert als der Stoff A. Damit der Kunststoff verschweißbar ist sollte er ein Thermoplast oder ein Thermoelast sein.With regard to the wavelengths used welding radiation from λ = 800-2000 nm it is particularly useful if a plastic with at least one substance A is provided becomes, in which the substance A reversible by supplying energy is convertible into at least one substance B, and in which the substance B radiation in the wavelength range from λ = 800-2000 nm stronger absorbed as the substance A. So that the plastic should be weldable it be a thermoplastic or a thermoelast.

Eine weitere Möglichkeit zur Zugabe des Stoffes besteht darin, den Stoff als Schweißzusatzwerkstoff zwischen die beiden Fügepartner einzubringen. Der Schweißzusatzwerkstoff besteht dabei aus einem Grundmaterial welches den Stoff enthält. Das Grundmaterial des Schweißzusatzwerkstoffes ist vorteilhafterweise ein mit den Schweißpartnern gut mischbarer Kunststoff. Für die oben genannte gute Mischung ist es ganz besonders vorteilhaft, wenn das Grundmaterial der gleiche Kunststoff ist wie einer der beiden Schweißpartner.Another way to add the substance consists of the substance as a filler metal between the two joining partners contribute. The filler metal consists of a basic material that contains the substance. The The basic material of the filler metal is advantageously a plastic that is readily miscible with the welding partners. For the It is particularly advantageous if the above mixture is good the base material is the same plastic as one of the two Welding partner.

Die oben genannten Aufgaben werden damit durch die Verwendung eines Kunststoffs gelöst, der sich dadurch auszeichnet, dass er mindestens einen Stoff A enthält der durch Zuführung von Energie reversibel in einen oder mehrere Stoffe B umwandelbar ist, und wobei der oder die Stoffe B, in ihrer Gesamtheit Strahlung im Wellenlängenbereich von λ=800-2000 nm stärker absorbieren als der Stoff A, wobei die Verwendung in Form eines Schweißzusatzwerkstoffes erfolgt.The above-mentioned objects are thus achieved by using a plastic which is distinguished by the fact that it contains at least one substance A which can be reversibly converted into one or more substances B by supplying energy and where the substance or substances B, as a whole, absorb radiation in the wavelength range of λ = 800-2000 nm more strongly than substance A, the use being in the form of a welding filler material.

Der Schweißzusatzwerkstoff kann eine Schicht, eine Folie, oder auch ein Draht sein.The filler metal can be a layer, a foil, or a wire.

Eine den Stoff enthaltende Schicht kann nach den gängigen nach dem Stand der Technik bekannten Verfahren auf einem der beiden Schweißpartner abgeschieden werden. Beispielsweise kann die Schicht mittels Tampondruck oder mit einem Pinsel aufgebracht werden.A layer containing the fabric can according to the usual known methods according to the prior art on one of the two welding partner be deposited. For example, the layer can be pad printed or applied with a brush.

Folien als Schweißzusatzwerkstoff sind besonders leicht handhabbar und weisen den weiteren Vorteil auf, dass bei vorwiegend planaren Oberflächen der Fügepartner leicht große Flächenraten erzielt werden können. Der Einsatz eines drahtförmigen Zusatzwerkstoffes bietet sich besonders unebenen Fügeoberflächen an, um durch die Schmelzebildung diese Unebenheiten auszugleichen.Foils as welding filler materials are special easy to handle and have the further advantage that at predominantly planar surfaces the joining partner slightly large area rates can be achieved. The use of a wire-shaped Filler material is particularly suitable for uneven joining surfaces, to compensate for these unevenness through the melt formation.

Um die oben genannten Anforderungen an das Schweißergebnis bei nicht opaken Kunststoffen zu gewährleisten sollte das Grundmaterial des Zusatzwerkstoffes weitgehend farblos transparent sein. Speziell bei zu verschweißenden opaken Kunststoffen ist auch ein farbiges Grundmaterial denkbar, wenn sich daraus keine optischen Veränderungen im Fügebereich ergeben.To meet the above requirements of the welding result the base material should be guaranteed for non-opaque plastics of the filler material to be largely colorless transparent. specially at to be welded opaque plastics, a colored base material is also conceivable, if there are no optical changes in the joining area result.

Der eingebrachte Stoff A muss reversibel in einen anderen Stoff B mit für die Hochenergiestrahlung größerem Absorptionskoeffizienten umwandelbar sein. Die reversible Umwandlung geschieht dadurch, dass dem Fügebereich geeignet Hilfsenergie zugeführt wird. Diese zusätzliche Energie (Hilfsenergie) wird vom Stoff A aufgenommen und kann zu einer chemischen Reaktion oder zu einer energetischen Anregung führen.The introduced substance A must be reversible in another substance B with for the high energy radiation with a larger absorption coefficient be convertible. The reversible conversion happens because the joining area suitable auxiliary power supplied becomes. This additional Energy (auxiliary energy) is absorbed by substance A and can be too a chemical reaction or energetic stimulation.

Im Falle einer chemischen Umwandlung kommt es zur Bildung eines anderen Stoffes B mit für die Hochenergie- bzw. Schweißstrahlung größerem Absorptionskoeffizienten. Nach Abschluss des Schweißvorganges gibt der energetisch angeregte Stoff seine Energie wieder ab, bzw. wandelt sich der andere Stoff B in den ursprünglichen Stoff A um.In the event of a chemical conversion comes it to form another substance B for the high-energy or welding radiation higher absorption coefficient. After the welding process the energetically stimulated substance releases its energy, or the other substance B converts to the original substance A.

Die reversible Umwandlung kann eine reversible chemische Umwandlung sein, wie sie beispielsweise bei photochromen Materialien auftritt. Photochrome Materialien sind besonders vorteilhaft, da bei einigen Vertretern dieser Verbindungen eine besonders starke Erhöhung des Absorptionsvermögens dokumentiert ist, weshalb sie zum Beispiel bei. Sonnengläsern oder bei wiederbeschreibbaren CD-Aufnahmegeräten (engt. CD-Recorder) eingesetzt werden. In diesem Sinne geeignete Stoffe bzw. Verbindungsklassen sind Spirooxazine, Spiropyranole, Azaindoline, Spirooxazine, Fulgide, Benzopyrane, Naphthopyrane, Dehydropyrene, Thioindigo, Bipyridine, Aziridine, Azobenzole, Xanthene, Azofarbstoffe oder Silberhalogenide.The reversible conversion can be a reversible chemical conversion, such as in photochromic materials occurs. Are photochromic materials particularly advantageous because some representatives of these compounds a particularly strong increase of the absorption capacity is documented is why, for example, at. Sun glasses or rewritable CD recorders (narrow CD recorder) be used. In this sense, suitable substances or classes of compounds are spirooxazines, spiropyranols, azaindolines, spirooxazines, fulgides, Benzopyrans, naphthopyrans, dehydropyrenes, thioindigo, bipyridines, Aziridines, azobenzenes, xanthenes, azo dyes or silver halides.

Im Sinne der Erfindung sind auch elektrochrome Stoffe als absorptionserhöhende Stoffe geeignet. Elektrochrome Materialien können durch ein äußeres elektrisches Feld ihre Farbe ändern. Die im Sinne der Erfindung zugeführte Hilfsenergie ist hier die Energie des elektrischen Feldes. Mit der Farbänderung kommt es auch zur gewünschten Erhöhung des Absorptionsvermögens hinsichtlich der Schweißstrahlung.Also within the meaning of the invention electrochromic substances are suitable as absorption-increasing substances. Electrochromic Materials can through an external electrical Field change color. The supplied in the sense of the invention Auxiliary energy here is the energy of the electrical field. With the color change it also comes to the desired one Increase of absorptivity in terms of welding radiation.

Der ausgewählte Stoff A ist entweder völlig farblos, nur schwach farbig, oder farbig. Der erste Fall ist bei farblosen transparenten Kunststoffen erforderlich. Bei schwach gefärbten bzw. weitgehend farblosen Kunststoffen kann ein schwach farbiger Zusatzstoff A genügen, ist aber ein völlig farbloser Stoff A vorteilhafter. Dies gilt insbesondere bei zu verschweißenden opaken Kunststoffen. Sind opake Kunststoffe zu verschweißen, so können auch farbige Stoffe A eingesetzt werden.The selected substance A is either completely colorless, only weakly colored, or colored. The first case is colorless transparent plastics required. With weakly colored or largely colorless plastics can be a weakly colored additive A suffice but is a complete colorless substance A more advantageous. This applies in particular to opaque materials to be welded Plastics. If opaque plastics are to be welded, so can colored fabrics A can also be used.

Der Stoff A sollte so gewählt sein, dass der Stoff B die Schweißstrahlung besonders stark absorbiert, d.h. beim Kunststoffschweißen die üblicherweise verwendeten Wellenlängen von ca. 800-2000 nm.Substance A should be chosen that substance B is the sweat radiation particularly strongly absorbed, i.e. in plastic welding the usual wavelengths used from approx. 800-2000 nm.

Für die Umwandlung von Stoff A zu Stoff B wird Hilfsenergie zugeführt. Dies kann thermische Energie oder Energie einer zweiten Strahlungsquelle sein. Wenn die Umwandlung durch Beaufschlagung mit Strahlung einer zweiten Strahlungsquelle erfolgt, so eignet sich besonders Ultraviolett (UV-) Strahlung (λ=100-400 nm), sichtbares Licht (VIS, λ=400-800 nm), oder Strahlung im nahen Infrarot (NIR, λ=800 bis 2000 nm). Die unter anderem nutzbaren Strahlungsquellen sind Diodenlaser, Nd-YAG Laser, oder im NIR-Wellenlängenbereich absorbierende Laser. In den meisten Anwendungsfällen reicht es aus, diese Strahlung im Dauerstrichbetrieb (CW-Betrieb) einzusetzen. Nur zur Schaffung spezieller energetisch angeregter Zustände sollte gepulste Strahlung vonnöten sein.For the conversion from substance A to substance B is supplied with auxiliary energy. This can be thermal energy or energy from a second radiation source. If the conversion by exposure to radiation from a second If radiation source occurs, ultraviolet is particularly suitable (UV) radiation (λ = 100-400 nm), visible light (VIS, λ = 400-800 nm), or near infrared radiation (NIR, λ = 800 to 2000 nm). The below other usable radiation sources are diode lasers, Nd-YAG lasers, or in the NIR wavelength range absorbent lasers. In most applications, this radiation is sufficient to be used in continuous wave mode (CW mode). Just for creation Special energetically excited states should have pulsed radiation necessary his.

Die Rückreaktion des Stoffes B zum Stoff A erfolgt entweder selbsttätig unter Strahlungsabgabe, oder wird durch Zuführung von Energie herbeigeführt. Die zugeführte Energie kann dabei thermische Energie sein, oder Strahlungsenergie einer zweiten Strahlungsquelle. Der Stoff B gibt entweder thermische Energie oder Strahlungsenergie im UV-, VIS- oder NIR-Bereich ab.The back reaction of substance B to Substance A is either automatic with radiation emission, or is brought about by supplying energy. The supplied Energy can be thermal energy or radiation energy a second radiation source. The substance B gives either thermal Energy or radiation energy in the UV, VIS or NIR range.

Wenn die Rückreaktion des Stoffes B hinreichend zeitverzögert einsetzt ist es möglich, die Energiezufuhr vor dem eigentlichen Schweißprozess auszuschalten. Wenn die Rückreaktion schnell erfolgt, kann die Energiezufuhr auch zeitlich parallel zum Schweißprozess erfolgen. Im letztgenannten Fall kann sich die Rückreaktion in einer Änderung der Strahlungsintensität (Gleichgewichtsreaktion) äußern.If the back reaction of substance B is sufficient Time Lag uses it is possible switch off the energy supply before the actual welding process. If the back reaction takes place quickly, the energy supply can also coincide with the welding process respectively. In the latter case, the back reaction can result in a change the radiation intensity Express (equilibrium reaction).

1 zeigt zwei zu verschweißende Kunststoffe (3) und (4), zwischen denen sich ein Draht (5) mit einem bei sichtbarem Licht transparenten Stoff A befindet, der reversibel in einen anderen Stoff B mit für die Schweißstrahlung (1) größerem Absorptionskoeffizienten umwandelbar ist. Der Kunststoff (3) wird zunächst unter Zuhilfenahme einer entsprechenden fokussierenden Optik (2) von Strahlung (1) beaufschlagt, welche durch den Kunststoff (3) nicht absorbiert wird. Die Strahlung trifft im Fügebereich auf den Draht (5). Der Draht enthält den sich reversibel . umwandelnden Stoff A. Der Stoff A wandelt sich durch Absorption von Strahlung in einen anderen Stoff B um, der die Hochenergiestrahlung für den Schweißprozess stärker absorbiert als der Ausgangsstoff. 1 shows two art to be welded fabrics ( 3 ) and ( 4 ), between which there is a wire ( 5 ) with a material A which is transparent in visible light and which is reversible in another material B for the welding radiation ( 1 ) greater absorption coefficient is convertible. Plastic ( 3 ) is first carried out with the help of appropriate focusing optics ( 2 ) of radiation ( 1 ) acted upon by the plastic ( 3 ) is not absorbed. The radiation hits the wire in the joining area ( 5 ). The wire contains the reversible. converting substance A. Substance A converts through absorption of radiation into another substance B, which absorbs the high-energy radiation for the welding process more than the starting material.

Für den Schweißvorgang wird ein NIR-Laser (z.B. Dioden-, Nd:YAG-Laser) eingesetzt, dessen Strahlung nunmehr im Fügebereich stark absorbiert wird. Da der Draht (5) so plaziert ist, dass er in thermischem Kontakt zu (3) und (4) steht, wird er aufgeschmolzen, und über Wärmeleitung gelangt die Wärme in die Kunststoffe (3) bzw. (4). Dadurch kommt es zu einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen (3) und (4). Ohne weiteres Zutun wandelt sich der Stoffes B wieder in den Stoff A um.An NIR laser (eg diode, Nd: YAG laser) is used for the welding process, the radiation of which is now strongly absorbed in the joining area. Since the wire ( 5 ) is placed so that it is in thermal contact with ( 3 ) and ( 4 ), it is melted and the heat enters the plastics via heat conduction ( 3 ) respectively. ( 4 ). This creates a cohesive connection between ( 3 ) and ( 4 ). Without further action, substance B converts back into substance A.

Bei 2 befindet sich der Stoff A nicht in einem Schweißzusatzwerkstoff (5), sondern ist im Kunststoff (7) enthalten. Nach Ausschalten der Strahlung wird der Kunststoff (7) durch die absorbierte Strahlung erwärmt und aufgeschmolzen. Durch den Wärmekontakt zwischen den Kunststoffen (6) und (7) wird die Wärme zum Kunststoff (6) übertragen. Es entsteht eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den Kunststoffen (6) und (7).at 2 Substance A is not in a filler metal ( 5 ), but is in the plastic ( 7 ) contain. After switching off the radiation, the plastic ( 7 ) heated and melted by the absorbed radiation. Due to the thermal contact between the plastics ( 6 ) and ( 7 ) heat becomes plastic ( 6 ) transfer. There is a cohesive connection between the plastics ( 6 ) and ( 7 ).

Claims (13)

Verfahren zum Verschweißen mindestens zweier Kunststoffe, bei dem die für das Schweißen erforderliche Prozessenergie Laserlichtenergie ist, dadurch gekennzeichnet, dass dem Fügebereich Hilfsenergie zugeführt wird, dass durch die Hilfsenergie im Fügebereich vorhandene Partikel mindestens eines Stoffes Aj reversibel in einen oder mehrere Stoffe Bi umgewandelt werden, wobei der oder die Stoffe Bi in ihrer Gesamtheit die Laserstrahlung stärker absorbieren als der Stoff A.Method for welding at least two plastics, in which the process energy required for welding is laser light energy, characterized in that auxiliary energy is supplied to the joining area, that particles present in the joining area in the joining area reversibly convert at least one substance A j into one or more substances B i the substance or substances B i in their entirety absorb the laser radiation more than substance A. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein photochromer oder elektrochromer Stoff Aj umgewandelt wird.A method according to claim 1, characterized in that a photochromic or electrochromic substance A j is converted. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein farbloser Stoff Aj umgewandelt wird.Method according to at least one of claims 1 to 2, characterized in that a colorless substance A j is converted. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Hilfsenergie Strahlungsenergie, thermische Energie, oder elektrische Feldenergie zugeführt wird.Method according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that that as auxiliary energy, radiation energy, thermal energy, or electrical Field energy supplied becomes. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Hilfsenergie Strahlungsenergie im Wellenlängenbereich zwischen λ= 800 – 2000 nm zugeführt wird.A method according to claim 4, characterized in that as Auxiliary energy Radiant energy in the wavelength range between λ = 800 - 2000 nm supplied becomes. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsenergie zeitlich vor dem Schweißvorgang zugeführt wird. Method according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that that the auxiliary energy is supplied before the welding process. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsenergie zeitlich parallel zum Schweißvorgang zugeführt wird.Method according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that that the auxiliary energy is parallel to the welding process supplied becomes. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein nichtopaker Kunststoff verschweißt wird.Method according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that at least one non-opaque plastic welded becomes. Verwendung eines Kunststoffs, der mindestens einen Stoff Aj enthält der durch Zuführung von Energie reversibel in einen oder mehrere Stoffe Bi umwandelbar ist, und dass der oder die Stoffe B, in ihrer Gesamtheit die Strahlung im Wellenlängenbereich von 800-2000 nm stärker absorbieren als der Stoff Aj, als Schweißzusatzwerkstoff.Use of a plastic which contains at least one substance A j which can be reversibly converted into one or more substances B i by supplying energy, and that the substance or substances B in their entirety absorb the radiation in the wavelength range of 800-2000 nm more than the material A j , as a filler metal. Verwendung eines Kunststoffs nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoff Aj photochrom oder elektrochrom ist.Use of a plastic according to claim 9, characterized in that the substance A j is photochromic or electrochromic. Verwendung eines Kunststoffs nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoff Aj farblos ist.Use of a plastic according to at least one of claims 9 to 10, characterized in that the substance A j is colorless. Verwendung eines Kunststoffs nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff transparent ist.Use of a plastic according to at least one of claims 9 to 11, characterized in that the plastic is transparent. Verwendung eines Kunststoffs nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff farblos transparent ist.Use of a plastic according to at least one of claims 9 to 12, characterized in that the plastic is colorless transparent is.
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